系统总结了好氧生物膜的形成和发展机制,在此基础上着重介绍了铁氧化菌的代谢机制和对金属材料的腐蚀机理,分析了好氧微生物代谢产生的胞外聚合物在金属腐蚀过程中起到的作用。详细介绍了由典型的好氧铁氧化菌和厌氧硫酸盐还原菌引起的微生物协同腐蚀研究进展。总结了油田普遍采用的腐蚀防护方法以及最新研究进展,为后续铁氧化菌腐蚀与防护提供参考。

针对垢下腐蚀进行了简要分析,着重介绍了电化学测试技术在垢下腐蚀研究领域中的应用现状,并进一步展望了垢下腐蚀研究中电化学测试技术今后的发展方向。目前,线性极化、电化学阻抗谱 (EIS) 、电化学噪声分析 (EN) 与丝束电极 (WBE) 技术是研究垢下腐蚀行为的最优选择。为了弥补采用单一电化学测试技术的不足,两种及以上电化学测试技术联合运用将会成为垢下腐蚀电化学测试技术的主流方向。

研究了薄层液膜下空间电场对碳酸环己胺 (CHC) 缓蚀性能的影响。结果表明,CHC主要抑制碳钢腐蚀反应的阳极过程,对碳钢腐蚀具有显著的缓蚀效果,但施加垂直方向的电场后CHC缓蚀效果显著下降。扫描电镜和X射线光电子能谱分析表明,电场作用导致碳钢表面的腐蚀形貌出现明显变化,CHC在碳钢表面的吸附量显著减少。CHC分子的偶极距 (μ)、最高占据轨道能 (E_HOMO)、最低空余轨道能 (E_LUMO) 以及能隙 (?E=E_LUMO-E_HOMO) 在不同的电场条件下的变化规律表明,电场会削弱CHC的反应活性和吸附能力,从而降低其缓蚀效率。

采用动态失重挂片、高温高压电化学测试、接触角测试及扫描电镜等手段,在80 ℃、2.5 MPa CO₂条件下模拟饱和CO₂油田采出水,研究原油与高压CO₂共存条件下咪唑啉缓蚀剂对N80钢的缓蚀作用。结果表明：在含有咪唑啉缓蚀剂的腐蚀介质中加入原油后,电极的开路电位有所增加,电极的电荷传递电阻显著变大,碳钢对水的润湿性明显降低,缓蚀剂在金属表面覆盖更完整,原油显著增强了咪唑啉缓蚀剂的缓蚀性能。

通过微弧氧化 (MAO) 的方法在Na₂SiO₃-KOH-NaF电解质溶液中处理AZ31B镁合金,利用SEM、XRD和电化学等表征手段,研究了硅烷偶联剂KH550对MAO膜结构及性能的影响。结果表明,KH-550浓度在0~20 mL/L范围内增加时,MAO膜表面微孔尺寸和粗糙度先减小后增大,膜层厚度和耐蚀性能先增加后降低;引入KH-550后并未改变MAO膜的物相结构。分析认为KH-550通过硅烷醇的吸附和化学作用,增加了阳极表面薄弱区域离子移动的阻力,抑制镁合金在MAO过程的弧光放电,从而提高了膜层的生长效率,细化并均匀化微孔,改善了MAO膜的耐蚀能力。

通过酸性溶液对X80管线钢表面进行化学刻蚀,形成具有一定结构的微观粗糙形貌;然后通过低表面能物质十七氟癸基三乙氧基硅烷的修饰,降低钢材基底的表面能,从而成功地制备出超疏水疏油的双疏功能表面。研究了酸性刻蚀和氟化处理对表面形貌及其润湿性的影响,并通过电化学测试研究了双疏表面的耐蚀性能。结果表明：经过4 h的酸性刻蚀与氟化处理,所制备的超疏水疏油表面与去离子水,丙三醇,乙二醇和十六烷的接触角分别达到161°,156°,151.5°和146°,实现了超疏水与疏油的双疏效果。相比较未经处理的X80管线钢试样,双疏表面的腐蚀电位发生了正向移动,而腐蚀电流密度降低了两个数量级,说明双疏试样耐腐蚀性能得到了显著提高。

采用磁过滤电弧离子镀技术在高速钢基体上沉积TiAlN涂层。研究了N₂分压对TiAlN涂层的相结构、化学成分、力学性能、沉积速率、表面粗糙度、结合强度以及摩擦磨损性能的影响。结果表明,N₂分压的变化对涂层的结构与性能影响显著。随着N₂分压的增加,TiAlN涂层呈现 (111) 择优取向,其硬度最高可达34 GPa。涂层的沉积速率和表面粗糙度随着N₂分压的增大而逐渐降低。此外,由于大颗粒的去除使得涂层表面质量得到提升,所制备的TiAlN涂层均具有较低的摩擦系数 (0.15~0.33),并且呈现良好的抗磨损性能,其最低磨损率为8.8×10^-7 mm³/(Nm)。

采用海水压力罐模拟深海高压环境,利用电化学阻抗谱 (EIS)、三维视频显微镜和扫描电子显微镜 (SEM) 等手段,对比研究了改性环氧防腐涂层在常压海水环境和模拟深海高压环境 (6 MPa海水压力) 下的失效行为。结果表明,试样在深海高压环境下浸泡30 d后,涂层阻抗已降低到10⁵ Ωcm²;而常压环境下,涂层阻抗仅降低到10⁸ Ωcm²,深海高压环境促使涂层更快地吸水达到饱和状态,高压环境导致涂层下的金属腐蚀活性面积不断增大,基体金属腐蚀速率不断增加。SEM观察表明,高压导致环氧防腐涂层中的颜填料发生脱附,使涂层/金属基体界面弱化,腐蚀活性表面积增大,从而导致涂层破损和基体腐蚀。

以环氧树脂为基料,氨基硅烷为固化剂,气相SiO₂为分散助剂,碳化二亚胺为改性助剂,制备了不同碳纳米管含量的环氧树脂涂层。采用拉拔法测附着力,球盘磨损测耐磨性,电化学和丝状腐蚀测耐蚀性,全面评价了碳纳米管含量对环氧树脂涂层性能的影响。结果表明：碳纳米管含量为2% (质量分数) 时就能显著提高环氧树脂涂层的附着力、耐磨性和耐蚀性,同时增强涂层的导电性。当碳纳米管含量为5%和7%时,涂层的附着力和耐磨性进一步提高;当碳纳米管含量为10%时,涂层的附着力和耐磨性开始略微下降,但耐蚀性和导电性达到最佳状态。

采用大气腐蚀检测技术 (ACM)、零电阻电流技术 (ZRA) 以及电化学阻抗谱技术 (EIS) 对2024铝合金与316L不锈钢在薄液膜下的电偶腐蚀行为进行了实时监测。结果表明,电偶腐蚀的过程可分为诱导期、加速期和减速期3个阶段。随着两电极之间距离的减小,电偶腐蚀会快速诱发,且腐蚀速率迅速增加,但电偶腐蚀的加速期变短。

通过腐蚀失重比较了4种不同Cr含量的Q420钢在模拟的高盐度工业大气环境下的耐蚀性能,研究了Cr对Q420钢锈层结构与组成的影响及其作用机理。结果表明,含Cr钢的耐蚀性能优于Q420钢,且9% (质量分数) Cr钢的腐蚀速率最低,耐蚀性最好;Q420钢的腐蚀速率保持稳定,含Cr钢的腐蚀速率先增大后减小,这是因为含Cr钢的锈层随着腐蚀的进行会由初期的不稳定状态转变为稳定状态,耐蚀性得到增强;Cr促进了内锈层中稳定相α-FeOOH的生成,使锈层结构更加稳定、致密,对腐蚀性介质的传递过程起到了显著的阻碍作用。

采用扫描电镜、能谱和X射线衍射仪以及腐蚀失重等分析测试方法研究了1060纯Al、2A12和7A04铝合金表面阳极氧化膜层在江津工业大气环境中的暴晒腐蚀行为。结果表明,1060纯Al、2A12和7A04铝合金阳极氧化膜层失重与暴露时间的关系符合幂函数规律;随腐蚀时间的延长,腐蚀产物不断增多,失重增大。3种铝材腐蚀严重程度顺序由大到小依次为：2A12铝合金>7A04铝合金>1060纯Al。腐蚀产物呈团状和块状形貌,主要由Al₂O₃、Al(OH)₃和硫酸铝水合物组成。3种铝材除去表面腐蚀产物的阳极氧化膜层损伤和腐蚀坑数量差别明显,腐蚀机制为Al₂O₃在酸性介质中的溶解。

采用浸泡实验与电化学循环极化曲线测试研究了7020铝合金在3.5% (质量分数) NaCl溶液中的点蚀行为,并结合金相显微镜 (OM)、扫描电镜 (SEM) 及扫描透射电镜 (STEM) 的微观组织观察结果对相关机理进行了分析和探讨。结果表明：7020铝合金的最大点蚀深度随时间变化的曲线为S型,呈缓慢增长-快速增长-保持稳定的过程。合金中α-AlFeSiMn相在点蚀浸泡过程中充当阴极,且发生了去合金化,周围的Al基体充当阳极而被腐蚀,含MnCr的弥散相则伴随Al基体的腐蚀而脱落。浸泡后期点蚀敏感性降低,表面的腐蚀产物可起到一定的保护作用。

采用失重、动电位极化和裂纹扩展速率测试方法,对不同时效态7050铝合金板材的腐蚀速率进行测定,并利用金相显微镜对浸蚀表面和纵截面的腐蚀形貌进行观察。结果表明：随着时效程度的增加,合金腐蚀类型由局部腐蚀逐渐向均匀腐蚀转变,腐蚀速率逐渐增加;而腐蚀裂纹扩展方式由沿晶腐蚀逐渐向穿晶腐蚀转变,导致腐蚀裂纹扩展速率不断减小;峰值时效态合金的腐蚀电流密度最大,欠时效态的次之,过时效态的最小。

对20 mm厚7075铝合金搅拌摩擦焊 (FSW) 接头沿板厚方向进行分层晶间腐蚀行为研究。借助光学显微镜及扫描电子显微镜分析了接头组织、第二相成分及分布、腐蚀深度及接头各区腐蚀形貌。结果表明：焊缝中心区腐蚀程度最轻,热机影响区 (TMAZ) 次之,热影响区 (HAZ) 腐蚀程度最严重;沿板厚向下,焊核区 (NZ) 腐蚀程度逐渐变大,TMAZ腐蚀程度先变大后减小,HAZ腐蚀程度逐渐减小;接头沿板厚方向晶粒大小和第二相粒子尺寸及分布存在差异,是造成沿板厚方向各区不同晶间腐蚀程度的主要原因。

采用浸泡失重法、动电位极化曲线和电化学阻抗技术研究了L245钢在不同温度下的油气田模拟水中的腐蚀行为,采用SEM分析了腐蚀产物的表面形貌。结果表明：在饱和CO₂条件的溶液中,当温度从30 ℃升高至90 ℃时L245钢的腐蚀电流从66.1 μAcm^-2升高到177 μAcm^-2,说明L245钢在高温下反应比较剧烈。当温度从30 ℃升高至90 ℃时L245钢的电荷转移电阻从5155 Ωcm²减小到1182 Ωcm²,说明温度的升高减小了腐蚀反应的阻力。以上结果表明,在30~90 ℃时L245钢在油气田模拟水中的腐蚀速率随着温度的升高而加快,当温度升高至60 ℃时开始发生局部腐蚀并随着温度升高而加剧。